第三章过程通道和数据采集系统之五

第三章过程通道和数据采集系统之五 杨根科上海交通大学自动化系 2007年3月

内容提要 • 概述 • 模拟量输入通道 • D/A与A/D转换技术 • 数据采集系统 • 模拟量输出通道 • 过程通道的抗干扰措施 • 小结

模拟量输出通道 • 任务：把微型计算机输出的数字量转换成模拟量 • 核心部件：D/A转换器 • 要求： ◆ 可靠性高，满足一定的精度 ◆ 具有保持功能

模拟量输出通道（2） • 多路模拟量输出通道的结构形式 ◆ 主要取决于输出保持器的构成方式 —输出保持器的作用：在新的控制信号到来之前，使本次控制信号维持不变 ◆ 两种基本结构形式：一个通路设置一个D/A转换器多个通路共用一个D/A转换器

模拟量输出通道（3/） ◆ 一个通路设置一个D/A转换器 —优点：转换速度快，工作可靠 —缺点：使用较多的D/A转换器

模拟量输出通道（4） ◆ 多个通路共用一个D/A转换器 —优点：节省了D/A转换器 —缺点：微机分时工作，工作可靠性差

模拟量输出通道（5） • 8位D/A转换器DAC0832：电流输出型 ◆ 主要特点： —可与各种微处理器直接接口 —输入为8位二进制码，所有引脚(20个)与TTL兼容 —具有双缓冲、单缓冲和直通数据输入3种工作方式 —电流稳定时间1 µS，满量程误差为±1LSB —＋5V～＋15V单一电源，低功耗20 mW —参考电压为－10V～＋10V

模拟量输出通道（5+） • D/A有两种类型 • 1.内部有数据寄存器,带有片选与写信号引脚;作为I/O扩展槽与微处理器连接. • 2. 内部无寄存器,必须外加锁存器才能与微处理器接口

模拟量输出通道（5++） • D/A有3种工作方式 • 1. 双缓存方式: 用于同时输出多个模拟信号的多个DAC0832系统. WR1 CS先有效,控制输入数据锁存到8位输入寄存器; WR Xfer(传递控制有效),数据锁存入8位DAC寄存器, 并同时输出多个模拟信号. • 2. 单缓存方式:只用输入寄存器锁存数据,另一级DAC接成直通方式,即Wr2和Xfer接地,或者两个寄存器同时锁存,wr1和wr2接在一起,而把Xfer接地. • 3. 直通方式: cs,wr1,wr2,xfer接地,ILE接+5v

模拟量输出通道（6） ◆ 内部结构

模拟量输出通道（7/） ◆ 引脚结构： 20引脚，双列直插式封装 —数字量输入线D7~D0（8条） —控制线（5条） —输出线（3条）Iout1,Iout2,Rf —电源线（4条）

模拟量输出通道（8/） ◆ 引脚功能说明： ★ 输入信号D7~D0 ★ 输出信号IOUT1，且IOUT1＋IOUT2为常量，Rfb为反馈信号输入端，反馈电阻在片内 ★ 控制信号：为允许输入锁存信号，和分别为输入寄存器和DAC寄存器的写信号，为传送控制信号，为片选信号 ★ 电源信号：VCC为主电源，VREF为基准电压，AGND和DGND分别为模拟地和数字地

模拟量输出通道（9/） ◆ 因为DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如下图所示：

模拟量输出通道（10/） ◆ 单极性输出方式

模拟量输出通道（11） ◆ 双极性输出方式

模拟量输出通道（12） ★ 运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA１的单向输出转变为双向输出，用图形表示如下：

模拟量输出通道（13） ★ 用偏移二进制码方法，实现D/A转换器的双极性输出比较容易实现(?)，而且与微型计算机输出兼容，只要把最高位取反，就可以将2的补码转换成偏移二进制码双极性时, LSB=? (2 * 1/2^n)

注记：常用的双极性编码/1-2

模拟量输出通道（14） ★ 在双极性接法时，如果再改变基准电源的极性，就可实现完整的4个象限的乘积输出。实现正负两组基准电源的切换有如下两种接法：

模拟量输出通道（15） • DAC0832与MCS-51的接口 ◆ 直通方式： —指DAC0832内部的两个寄存器都处于不锁存状态，数据一旦到达输入端就直接被送到D/A转换器转换成模拟量 —所有控制信号都接成有效形式，，，和接地，接 +5V电源

模拟量输出通道（16） ◆单缓冲方式：指DAC0832的两个寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；或者两级寄存器同时锁存

模拟量输出通道（17） ◆上述DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH 实现D/A转换的程序如下： MOV DPTR，#7FFFH ；输入0832口地址 MOV A，#data ；读取数据 MOVX @DPTR，A ；执行D/A转换 SJMP $

模拟量输出通道（18） ◆双缓冲方式：把DAC0832的两个寄存器都接成受控锁存方式

模拟量输出通道（19） ◆ 上述DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH 实现D/A转换的程序如下： MOV R0，#0FEH ；输入寄存器地址 MOVX @R0， A ；转换数据送输入寄存器 INC R0 ；产生DAC寄存器地址 MOVX @R0， A；数据送入DAC寄存器并进行D/A转换 SJMP $

模拟量输出通道（20/） • 12位D/A转换器DAC1208

模拟量输出通道（21） ◆ 12位电流输出型D/A转换器 ◆ 内部有两个输入锁存器（一个8位，一个4位），和12位DAC锁存器，分别由控制。 ◆BYTE1/BYTE2 输入控制端 —高电平：DI4-DI11同时锁存到输入寄存器 —低电平：DI0-DI3锁存到4位输入寄存器 ◆DAC寄存器的锁存控制端 —高电平：Q＝D，输入寄存器与DAC寄存器直通 —低电平：DAC寄存器锁存

模拟量输出通道（22） ◆ 引脚结构 24引脚，双列直插式封装 —数字量输入线DI11~DI0（12条） —控制线（5条） —输出线（3条） —电源线（4条）

模拟量输出通道（23） • DAC1208与MCS-51的接口

模拟量输出通道（24） ◆DAC1208采用的是单极性的输出方式，8位输入寄存器的地址为FFH，4位输入寄存器的地址为FEH。设内部RAM的20H和21H单元内存放一个12位数字量（20H单元中为低4位，21H单元中为高8位），实现D/A转换的程序为： ORG 0000H MOV R0，#0FFH ；8位输入寄存器地址 MOV R1，#21H MOV A，@R1 ；高8位数字量送A MOVX @R0，A ；高8位数字量送8位输入寄存器 DEC R0 DEC R1 MOV A，@R1 ；低4位数字量送A SWAP A ；A中高低4位互换 MOVX @R0，A ；低4位数字量送4位输入寄存器 DEC R0 MOVX @R0，A ；启动D/A转换 END

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